【课件】离子晶体　过渡晶体与混合型晶体高二化学人教版（2019）选择性必修2

第三节金属晶体与离子晶体基础课时14

离子晶体过渡晶体与混合型晶体第三章晶体结构与性质学习任务学习目标1min自学指导

6min阅读课本第87-92页，完成大本自学指导自学检测3minD不一定，如NH4Cl固体是离子晶体只含非金属元素。由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以石墨具有导电性。教师点拨25min胆矾萤石重晶石烧碱CuSO4·5H2OCaF2BaSO4NaOH下列晶体构成微粒有什么共同点？微粒之间存在哪种相同的作用力？构成离子晶体的微粒有阴、阳离子，有的还存在电中性分子；晶体内的作用力除离子键外还可能存在共价键、氢键和范德华力等。→实际上，大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，

有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。→晶体中也存在范德华力，只是当能量份额很低时不提及。然而，贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。例如:CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等，在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。CuSO4•5H2O1、离子键阴阳离子间通过静电作用所形成的强烈的相互作用叫做离子键。包括引力和斥力(2)特征：没有方向性和饱和性。(1)概念：(3)成键元素：一般为活泼的金属元素与活泼的非金属元素。(4)存在：大多数盐、强碱、活泼金属氧化物(过氧化物如Na2O2)、氢化物(如NaH和NH4H)等。(5)影响因素：一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。本质2、离子晶体强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐。(3)常见的离子晶体熔沸点较高，难挥发，硬度较大；(1)概念：晶体不导电，水溶液或者熔融状态下导电。不存在单个分子；如NaCl不表示分子式。由阴、阳离子通过离子键所形成的晶体。(2)离子晶体的物理性质成键微粒微粒间作用力大多数易溶于水，难溶于有机溶剂，遵循“相似相溶”规律。均为离子化合物(1)NaCl等离子晶体在熔融状态或水溶液导电与金属导电有什么不同?离子晶体的性质探究→离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电。→当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子(熔融状态)，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。→离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。(2)离子晶体是否具有较好的延展性？发生滑动施加外力阳离子阴离子同种电荷相互排斥，使晶面裂开离子晶体的性质探究离子晶体延展性较差。宝石，主要成分Al2O3坚硬，但易碎。结论：离子晶体的熔点差距也较大。课本P88化合物熔点

/℃化合物熔点

/℃CaO2613Na2SO4884CuCl21326Ca2SiO42130NH4NO3169.6Na3PO4340BaSO41580CH3COOCs194LiPF6200(分解温度)NaNO2270

我们知道，金属的熔点差异很大，如钨的熔点为3410℃。而常温下，汞却是液体。请从理化手册或互联网查找下列离子晶体的熔点数据，得出结论。离子晶体的性质探究(3)离子晶体的熔点是不是也差异很大呢？→不同的离子晶体，离子键的强弱差别很大，所以离子晶体的熔、沸点及硬度差距也较大离子键的强弱离子半径阴、阳离子的电荷数离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度也越大。形成离子液体的阴、阳离子半径较大，离子间的作用力较弱，难挥发，导电性好，可做溶剂和催化剂。离子液体

离子晶体的熔点，有的很高，如CaO的熔点为2613℃，有的较低，如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔点分别为170℃、109℃。早在1914年就有人发现，引入有机基团可降低离子化合物的熔点，如C2H5NH3NO3的熔点只有12℃，比NH4NO3低了158℃!到20世纪90年代，随着室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物的优异性质不断被开发利用，才意识到它们的巨大价值，并将它们定义为离子液体。科学∙技术∙社会相关因素：(1)几何因素；与中心原子的半径大小相关。(2)电荷因素。与阴阳离子所带电荷数有关。

如AB型离子化合物，A+的配位数：B-的配位数=1：1；搞清一个离子的配位数，就知道了另一个离子的配位数；如AB2型离子化合物，A2+的配位数：B-的配位数=2：1。电荷数之比=配位数之比，电荷高的配位数大。NaClCsClr+：r-=0.52r+：r-=0.93配位数=6配位数

=81、配位数：晶体中与某个离子相邻且最近的异电性离子数。3、常见离子晶体的结构Cl−Na+3、常见离子晶体的结构NaCl晶体NaCl晶体NaCl晶胞钠离子：体心和棱中点氯离子：面心和顶点或者反之；交错排列(1)每个晶胞含钠离子、氯离子的个数：每个晶胞含钠离子和氯离子的个数：钠离子和氯离子的个数比为4、41:1故化学式为NaCl。NaCl不表示分子式。(2)配位数每个Na＋周围与之等距且最近的Cl－有

个。每个Cl－周围与之等距且最近的Na＋有

个。它们所围成的空间几何构型是

。Na+的配位数为：6；Cl－的配位数为：6。66正八面体

(3)每个Na＋周围与之等距且最近的Cl－有6个，Na＋有

个。

每个Cl－周围与之等距且最近的Na＋有6个，Cl－有

个。Cl－Na＋NaCl型还有LiF、LiCl、NaF、NaBr、CaO、MgO若晶胞参数为apm，则氯化钠晶体的密度为______g·cm－3。1212---Cl----Cs+铯离子和氯离子的位置：Cl-：体心；Cs+：顶点。或反之。每个晶胞含Cs+、Cl-的个数：均为1。CsCl晶体Cs+Cl-Cs＋的配位数为：8，Cl-的配位数为：8。每个Cs＋周围与之等距且最近的Cl－有

个，Cs＋有

个。每个Cl－周围与之等距且最近的Cs＋有

个，Cl－有

个。若晶胞参数为apm，则氯化铯晶体的密度为______g·cm－3。8866CsCl型还有CsBr、CsI萤石CaF2立方晶系，Ca2+呈面心立方，F-在8个小立方体的中心。晶胞中含有4个Ca2+，8个F-。每个Ca2+周围与之等距且最近的F-有

个；Ca2+有

个。每个F-周围与之等距且最近的Ca2+有

个；F-有

个。Ca2+F-Ca2+的配位数：F-的配位数：

8484126Ca2+F-Ca2+F-F-配位数：配位多面体：Ca2+配位数：配位多面体：8立方体正四面体4立方体ZnS晶胞S2-Zn2+S2-成面心立方密堆积，Zn2+被S2-以四面体形式包围着。Zn2+的配位数：S2-的配位数：

晶胞中Zn2+和S2-的数目都是444每个Zn2+周围与之等距且最近的S2-有4个；Zn2+有12个。每个S2-周围与之等距且最近的Zn2+有4个；S2-有12个。各类型离子晶体晶胞的比较晶体类型晶胞类型晶胞结构示意图配位数距离最近且相等的相反离子每个晶胞含有离子数实例NaCl型ABCsCl型ZnS型AB2CaF2型Na+：6Cl-：6Cs+：Cl-：88Zn2+：S2-：44Ca2+：F-：48Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-：Ca2+：F-：Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-：Ca2+：F-：6688444844114484KBrAgCl、MgO、CaS、BaSeZnS、AgI、

BeOCsCl、CsBr、CsI、TlCl碱土金属卤化物、碱金属氧化物。小结离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体存在微粒微粒间作用主要性质实例四类晶体的比较阴、阳离子原子分子金属离子、自由电子离子键共价键分子间作用力金属键硬而脆，易溶于极性溶剂，熔化时能够导电，熔沸点相差大质地硬，不溶于大多数溶剂，导电性差，熔沸点很高硬度小，有的其水溶液能够导电，溶沸点低金属光泽，是电和热的良导体，熔沸点高或低食盐晶体金刚石NH3、HCl镁、铝①钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点如图所示。【思考与交流】X-半径增大，离子键减弱，熔点逐渐降低。NaFNaClNaBrNaISiF4SiCl4SiBr4SiI4相对分子质量增大，分子间作用力增大，熔点逐渐升高。NaX为离子晶体SiX4为分子晶体(1)判断晶体的类型。(2)解释熔点变化的原因。NaFNaClNaBrNaISiF4SiCl4SiBr4SiI4TiF4TiCl4TiBr4TiI4【思考与交流】②TiF4熔点高于TiCl4、TiBr4、TiI4，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，请解释原因。(1)TiF4是离子化合物，熔点较高(2)TiCl4、TiBr4、TiI4是共价化合物Why?事实上，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。→相同类型的化合物，为什么有上述情况呢？氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键的百分数/%62504133→几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键P2O5SO2Cl2O7既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体当作离子晶体处理当作共价晶体处理离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体当作分子晶体处理离子键成分的百分数更小共价键不再贯穿整个晶体课本P89氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键的百分数/%62504133【思考与交流】③离子键的百分数和什么因素有关？课本P89电负性差值2.62.32.01.7→形成化合物的元素之间的电负性相差越大，离子键百分数越高。→典型的晶体有分子晶体、离子晶体、共价晶体和金属晶体。事实上，纯粹的晶体类型是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。

Na2O离子键成分较多，当成离子晶体；

Al2O3、SiO2共价键成分较多，当成共价晶体。

1.过渡晶体三、过渡晶体与混合型晶体离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。三、过渡晶体与混合型晶体

1.过渡晶体Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO3Cl2O7离子晶体分子晶体共价晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体分子晶体

近代实验表明，纯粹的离子键是不存在的，绝大多数离子键都不是典型的，只是离子性占优势而已。例如：

铯的电负性为0.79，而氟的电负性为3.98，两者之差是所有元素中电负性差值最大的，因此氟化铯CsF是典型的离子晶体。

但Cs+与F-的结合也不完全是纯静电作用，仍有部分共价性质。其离子键成分也只是92%，其余8%为共价键成分。这说明即便是像铯和氟这样典型的金属和典型的非金属形成化学键时，成键原子轨道之间依然有部分重叠。三、过渡晶体与混合型晶体

2.混合型晶体——石墨【思考1】观察石墨晶体的二维平面结构图，C原子间如何成键？共价晶体→sp2杂化，通过三个共价键形成平面六元并环结构。

2.混合型晶体——石墨从二维结构看属于何种类型的晶体？石墨晶体中的二维平面结构

2.混合型晶体——石墨石墨晶体中的二维平面结构范德华力石墨的层状结构【思考2】观察石墨晶体的层状结构图，层间靠何种作用力结合？从层状结构看属于何种类型的晶体？范德华力分子晶体共价晶体分子晶体

2.混合型晶体——石墨石墨晶体中的二维平面结构范德华力石墨的层状结构共价晶体分子晶体石墨结构中未参与杂化的p轨道金属晶体【思考3】石墨为何可导电？从结构上做出解释。未参与杂化的2p电子相互平行，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，类似金属晶体。层内碳原子之间石墨晶体结构小结范德华力混合型晶体未参与杂化的p轨道上电子可在层内运动层与层碳原子之间共价键有金属键的性质→既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征，称为混合型晶体。构成π键的p轨道构成σ键的sp2杂化轨道石墨晶体是层状结构的，同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，层内的碳原子的核间距为142pm，层间距离为335pm

层与层之间靠范德华力维系。石墨晶体既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。性质：熔点很高、质软、易导电、具有润滑性等②层内的碳原子核间距为142pm，层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的；分析石墨晶体的构成微粒及微粒间相互作用，解释石墨具有润滑性和导电性的原因。石墨的层状结构【思考交流】①石墨晶体是层状结构；→各层之间以范德华力结合，容易滑动，所以石墨质软，具有润滑性。(1)石墨具有润滑性的原因:分析石墨晶体的构成微粒及微粒间相互作用，解释石墨具有润滑性和导电性的原因。【思考交流】(2)石墨具有导电性的原因:石墨结构中未参与杂化的p轨道→有一个未参与杂化的2p电子，所有的p轨道相互平行而且相互重叠(即形成大π键)，使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动。→石墨的导电性只能沿石墨平面方向→由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面。金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，他们的物理性质有什么不同？

金刚石石墨熔点很高质地坚硬不能导电熔点很高

质地较软导电性好钻石恒久远，一颗永流传→钻石并不久远，至少在地表上无法达到永恒。它的同胞兄弟石墨其实更稳定，钻石最终都会变成石墨。键长：金刚石＞石墨

熔点：金刚石＜石墨

稳定性：金刚石＜石墨①石墨所有碳原子均采取sp2杂化，形成平面六元并环结构。C原子与C—C键个数比:

。②金刚石碳原子均采取sp3杂化，形成三维骨架结构。C原子与C—C键个数比:

。石墨和金刚石结构对比石墨晶体中的二维平面结构金刚石的晶体结构石墨的层状结构1:22:3【思考4】通过对过渡型晶体、混合型晶体的讨论，→对事物的简单分类，尽管条理鲜明，但可能只是概括了最典型的事实。许多晶体不能被简单的归类到四种晶体的某一类。→但是四类晶体仍然是考察晶体化学结构的基础。你对晶体类型有何认识？金属晶体离子晶体分子晶体共价晶体四种典型晶体例1：已知六方氮化硼类似于石墨的结构，如图所示。①六方氮化硼的化学式：BN②六方氮化硼中N和B的杂化类型：sp2③硼与氮之间的化学键为

，层与层之间作用力为

。属于的晶体类型：

。极性共价键分子间作用力④六方氮化硼虽然类似于石墨结构，但是不导电，其原因是：混合型晶体⑤六方氮化硼熔点

，硬度

。较高

较小N和B同为sp2杂化，但N的电负性远高于B，因此N对π电子的吸引力更强一些，π电子云向N收缩，不易沿π键转移，平面内没有可自由移动的电子，所以无法导电。例2：已知立方氮化硼类似于金刚石的结构，如图所示。①立方氮化硼中N和B的杂化类型：sp3②晶胞中N、B的原子数分别是

：4、4③立方氮化硼熔点

，硬度

。较高

较大④氮化硼和磷化硼都是高温结构陶瓷，但氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高，其原因是：磷化硼和氮化硼都属于原子晶体，而氮原子的半径比磷原子小，B-N共价键键长比B-P键短，键能大，所以氮化硼晶体的熔点较高。资料卡片硅酸盐

P91

硅酸盐是地壳岩石的主要成分。硅酸盐的阴离子结构丰富多样，既有有限数目的硅氧四面体构建的简单阴离子，如SiO44-、Si2O76-、(SiO3)612-(六元环)等，也有以硅氧四面体为结构单元构成一维、二维、三维无限伸展的共价键骨架。金属离子则以离子键与阴离子或阴离子骨架结合。部分Si被Al取代则得到铝硅酸盐。单链双链六元环硅酸盐晶体中的阴离子举例【科学•技术•社会】纳米晶体P91纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米(10-9m)量级的晶体。纳米晶体相对于通常的晶体，在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性，有广阔的应用前景。仅以熔点为例，当晶体颗粒小至纳米量级，熔点会下降。

例如，金属铅的晶粒大小与熔点的关系：

晶体颗粒小于200nm时，晶粒越小，金属铅的熔点越低。→因此，我们通常说纯物质有固定的熔点，但